เนื้อหาวันที่ : 2010-10-08 11:59:05 จำนวนผู้เข้าชมแล้ว : 18501 views

การวิเคราะห์ความเสียหายของแพ็กกิ้งและซีล (ตอนที่1)

ค่าใช้จ่ายสำหรับไฮดรอลิกซีลและแพ็กกิ้งนั้นถือว่าเป็นค่าใช้จ่ายที่ไม่มาก แต่เป็นสิ่งที่จำเป็น และแม้ว่าเมื่อเทียบกับราคาของชุดไฮดรอลิกอื่น ๆ ราคาซีลและแพ็กกิ้งนั้นจะไม่แพง แต่เวลาที่เสียไปเนื่องจากความเสียหายของซีลและแพ็กกิ้งนั้นมากและเกิดขึ้นเป็นประจำถ้าไม่ดูแลอย่างถูกต้อง

การวิเคราะห์ความเสียหายของแพ็กกิ้งและซีล (ตอนที่1)
(Packing and Seals Failure Analysis)

.
อาจหาญ ณ นรงค์
ผู้ช่วยผู้จัดการแผนกวิศวกรรมและซ่อมบำรุง
บริษัท โยโกฮาม่า ไทร์ แมนูแฟคเจอริ่ง (ประเทศไทย) จำกัด
.

.

ค่าใช้จ่ายสำหรับไฮดรอลิกซีลและแพ็กกิ้งนั้นถือว่าเป็นค่าใช้จ่ายที่ไม่มาก แต่เป็นสิ่งที่จำเป็น และแม้ว่าเมื่อเทียบกับราคาของชุดไฮดรอลิกอื่น ๆ ราคาซีลและแพ็กกิ้งนั้นจะไม่แพง แต่เวลาที่เสียไปเนื่องจากความเสียหายของซีลและแพ็กกิ้งนั้นมากและเกิดขึ้นเป็นประจำถ้าไม่ดูแลอย่างถูกต้อง

.
ซีลและแพ็กกิ้งกับระบบไฮดรอลิก

เป็นที่รู้กันดีอยู่ว่าระบบไฮดรอลิกนั้นทำงานโดยใช้ของเหลวคือน้ำมันไฮดรอลิกเป็นตัวถ่ายทอดกำลังจากปั้ม ถูกขับโดยมอเตอร์ไฟฟ้าหรือเครื่องยนต์ไปยังอุปกรณ์ทำงาน ซึ่งก็คือกระบอกไฮดรอลิก (Hydraulics Cylinder)

.

ในกระบอกไฮดรอลิก ซีลและแพ็กกิ้งทำหน้าที่เป็นตัวซีล (Seal) หรือป้องกันการรั่วของน้ำมันไฮดรอลิก ซึ่งถ้าไม่มีอุปกรณ์ตัวเล็ก ๆ ดังกล่าวแล้วการทำงานของกระบอกไฮดรอลิกก็จะไม่สมบูรณ์และจะไม่สามารถถ่ายทอดกำลังได้อย่างเต็มประสิทธิภาพ

.

รูปที่ 1 ซีลไฮดรอลิกรูปแบบต่าง ๆ

.

รูปที่ 2 ส่วนประกอบที่เป็นซีลแบบต่าง ๆ ของกระบอกไฮดรอลิก

.

ในบางครั้งความผิดปกติที่เกิดขึ้นกับซีลหรือแพ็กกิ้งนำมาสู่ความผิดปกติของระบบไฮดรอลิกที่ทำให้เราต้องปวดเศียรเวียนเกล้าไม่ใช่น้อย มีอยู่ครั้งหนึ่งซึ่งผู้เขียนเจอกับตนเอง คือแรงดันของระบบไฮดรอลิกไม่มี ซึ่งจากการตรวจสอบระบบต่าง ๆ ของอุปกรณ์ไฮดรอลิก ไม่ว่าจะเป็นปั้ม ท่อทาง โซลินอยด์วาล์ว และอื่น ๆ ก็ปกติดี       

.

แต่ทำไมแรงดันของระบบถึงไม่มีจนสุดท้ายมาเจอโดยบังเอิญว่าซีลที่อยู่ด้านในของกระบอกไฮดรอลิกดังกล่าวเกิดการรั่วขึ้นภายใน ทำให้น้ำมันที่ถูกส่งไปเพื่อดันหัวลูกสูบไหลกลับถังหมดจึงไม่มีแรงดันเกิดขึ้น แต่ถ้าดูจากภายนอกแล้วจะเห็นว่าปกติเนื่องจากน้ำมันไฮดรอลิกที่รั่วจากหัวกระบอกสูบจะไหลกลับถังโดยผ่านโซลินอยด์วาล์ว  

.

ซึ่งในตอนแรกเราไม่มีประสบการณ์ในเรื่องนี้ จึงทำให้ต้องใช้เวลาในการค้นหาคำตอบเป็นเวลานาน จนในที่สุดจึงมาลงท้ายที่การทบทวนความรู้เบื้องต้นในเรื่องกลศาสตร์ของไหล โดยคิดถึงความรู้พื้นฐานที่ว่า “แรงดันคือการต้านทานการไหล” ซึ่งเมื่อมีแหล่งกำเนิดแรงดันจ่ายไปในระบบไฮดรอลิกแล้ว

.

ถ้าตราบใดที่ยังไม่มีอะไรมาต้านทานการไหลของของไหลซึ่งก็คือน้ำมันไฮดรอลิก แรงดันในระบบก็ยังคงไม่เกิดขึ้น แต่เมื่อไดก็ตามที่ของไหลนั้นถูกปิดกั้น แรงดันในระบบก็จะเกิดขึ้น ซึ่งที่เราเห็นทั่ว ๆ ไปก็คือแรงดันที่เกิดขึ้นเมื่อกระบอกไฮดรอลิกทำงานนั่นเอง 

.

รูปที่ 3 แสดงรูปวงจรไฮดรอลิกอย่างง่าย

.

แต่ในทางกลับกันเมื่อเราอัดแรงดันไปในกระบอกไฮดรอลิก “แล้วไม่มีแรงดันเกิดขึ้น” และถ้าปั้มซึ่งเป็นแหล่งกำเนิดแรงดัน ท่อทาง และวาล์วต่าง ๆ ปกติให้สันนิษฐานไว้เป็นอันดับแรกเลยว่าน่าจะเกิดการรั่วขึ้นในระบบแล้ว ซึ่งการรั่วภายในนั้น ระบบไฮดรอลิกจะต่างกับระบบนิวแมติกคือ ในระบบนิวแมติก ถ้าเกิดการรั่วเราจะได้ยินเสียงลมรั่วออกมา

.

แต่ถ้าเป็นระบบไฮดรอลิกเราจะไม่สามารถสังเกตจากภายนอกได้เนื่องจากระบบไฮดรอลิกเป็นระบบปิด เมื่อน้ำมันเกิดการรั่ว น้ำมันแรงดันสูงด้านบนหัวลูกสูบ (ตำแหน่ง A ในรูปที่ 3) เหล่านั้นจะไหลผ่านจุดที่รั่วและวนกลับถังน้ำมัน (ตำแหน่ง B ในรูปที่ 3) นั่นเอง

.

จากที่กล่าวมาแล้วในข้างต้นทำให้เราพอที่จะเข้าใจถึงความสำคัญของแพ็กกิ้งและซีลที่ใช้ในระบบไฮดรอลิก ซึ่งสำหรับผู้ที่ทำงานและมีส่วนเกี่ยวข้องกับเรื่องแพ็กกิ้งและซีลนั้น จำเป็นต้องมีความรู้พื้นฐานด้านต่าง ๆ ที่เกี่ยวกับซีลและแพ็กกิ้งเพื่อที่จะสามารถใช้ในการวิเคราะห์และแก้ไขปัญหาที่เกิดขึ้นได้ ซึ่งความรู้พื้นฐานต่าง ๆ ที่จำเป็นผู้เขียนจะได้นำเสนอต่อไปนี้ 

.
1.  วัสดุที่ใช้สำหรับทำแพ็กกิ้งและซีล (Packing and Seal Material)

แพ็กกิ้งและซีล ทำจากวัสดุหลายประเภท ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับความเหมาะสมต่อสภาพการใช้งานของแพ็กกิ้งและซีลนั้น ๆ นอกจากนี้ก็ยังมีปัจจัยทางด้านราคามาเกี่ยวข้องด้วย ซึ่งวัสดุแต่ละประเภทจะมีจุดดีและจุดด้อยต่างกัน ขึ้นอยู่กับความต้องการที่จะนำไปใช้งาน โดยทั่วไปแล้ววัสดุที่นำมาทำแพ็กกิ้งและซีลมีดังนี้คือ

.
1.1 ยางNBR หรือยางไนไตรล์บิวตะไดอีน (Nitride Butadiene Rubber: NBR) 

เป็นยางสังเคราะห์ที่ใช้กันมาก โดยส่วนมากแล้วจะมีสีดำซึ่งหลายคนอาจเรียกว่า ยางดำ เป็นวัตถุดิบผลิตชิ้นงานที่ที่ได้มาจากปิโตรเลียม มีคุณสมบัติที่ดีคือ

.

* ทนต่อการบาด การเฉือน และการทิ่มตำดีกว่ายางธรรมชาติ
* ทนต่อน้ำมันต่าง ๆ เช่น น้ำมันเบนซิน น้ำมันก๊าด น้ำมันเครื่อง น้ำมันไฮดรอลิก จาระบี น้ำมันพืช น้ำมันหรือไขมันจากสัตว์ สารที่สกัดจากปิโตรเลียม หรือมีส่วนผสมของปิโตรเลียม เป็นต้น

.

* ทนต่อสารเคมีจำพวกกรด เช่น ซัลฟูริก (H2SO4) 10%-40%, อะซิติก (CH3COOH) 100%, ไฮดรอลิก 37% (สีอาจซีดลง) ทนต่อด่าง เช่น โปแตสเซียมไฮดรอกไซด์ (โซดาไฟ, KOH) เป็นต้น และทนต่อสารเคมีอื่น ๆ เช่น ฟอร์มาลีน, เมธิลแอลกอฮอล์ (เอทิลแอลกอฮอล์ ควรใช้พีวีซี หรือยางธรรมชาติ )

* ทนอุณหภูมิการทำงานต่อเนื่องระหว่าง -20 oC ถึง 120 องศา oC
.

ดังนั้นเราจะเห็นว่า โอริง ซีล แพ็กกิ้ง และโรตารีซีลต่าง ๆ ที่ใช้งานในสภาวะปกติส่วนมากจะเป็น วัสดุ NBR เนื่องจากสามารถใช้งานได้ดี มีความทนทานต่อการใช้งานในระดับหนึ่งและที่สำคัญราคาไม่แพง

.
1.2 เทฟล่อน (Teflon: TPFE) 

เป็นวัสดุที่มีความคงทนแข็งแรง ทนต่อสารเคมี สภาพอากาศ การต่อต้านโอโซนและตัวทำละลายอย่างเช่น อะซีโตน (C3H6O), MEK, Xylene ซึ่งสารเหล่านี้ล้วนแล้วแต่ทำให้วัสดุซีลเสื่อมคุณภาพได้อย่างรวดเร็ว มีความทนต่ออุณหภูมิในย่านที่กว้าง คือตั้งแต่ -300 oC ไปจนถึงอุณหภูมิสูงประมาณ 230oC (เฉพาะในที่ร้อนและแห้งเท่านั้น)   

.

นอกจากนี้แพ็กกิ้งและซีลที่ทำจากเทฟล่อนสามารถทนต่อแรงดันได้ถึง 170–240 บาร์ ทนต่อการกระแทก แรงเสียดทานต่ำ ไม่เสียรูปแม้อยู่ในสภาวะที่ต้องทำงานที่อุณหภูมิสูง

.

แต่เทฟล่อนมีข้อจำกัดก็คือ ที่อุณหภูมิห้องหรืออุณหภูมิที่ต่ำกว่า เทฟล่อนจะขยายตัวหรือยืดได้น้อยมาก ซึ่งเป็นปัญหาในการติดตั้งของซีลและแพ็กกิ้งที่ทำมาจากเทฟล่อน การแก้ปัญหาก็คือต้องนำไปต้มหรืออบให้มีอุณหภูมิประมาณ 100oC ก่อนที่จะนำมาติดตั้ง เพราะที่อุณหภูมิดังกล่าวเทฟล่อนจะสามารถขยายตัวได้ 10–20 เปอร์เซ็นต์

.

รูปที่ 4 ซีลและชิ้นส่วนที่ทำจากเทฟล่อน ส่วนมากจะเป็นสีขาว

.
1.3 ซิลิโคน (Silicone) 

ยางซิลิโคนเป็นยางสังเคราะห์ชนิดหนึ่งซึ่งในแกนสายโซ่หลักของโมเลกุลประกอบด้วยอะตอมของซิลิกอน (Si) และออกซิเจน (O) ซึ่งซิลิโคนจะถูกแบ่งตามลักษณะการใช้งานเป็นสองประเภทคือ

.

* Silence Silicone เป็นซิลิโคนที่ใช้สำหรับอุดรอยรั่วต่าง ๆ และสามารถกันน้ำซึมได้ ซิลิโคนชนิดนี้จะมีราคาถูกและไม่สามารถรับแรงได้มาก (รูปที่ 5)

.

* Silicone Rubber เป็นซิลิโคนที่นำมาใช้เป็นวัสดุต่าง ๆ รวมถึงนำมาทำเป็นแพ็กกิ้งและซีลด้วย สามารถคงรูป รับน้ำหนัก และแรงได้ดี (รูปที่ 6)

.

โดยทั่วไปแล้วยางซิลิโคนมีสมบัติที่ความทนต่อแรงดึง ความต้านทานต่อการขัดถู ยากต่อการเกิดปฏิกิริยาเคมี และความต้านทานต่อแรงกระแทกต่ำมาก ดังนั้นจึงต้องมีการเติมสารเสริมแรงเช่น ซิลิกา เข้าช่วย แต่ยางซิลิโคนทนต่อสภาพอากาศ ออกซิเจน โอโซน แสงแดด และความร้อนได้ดี  

.

นอกจากนี้ยังสามารถใช้งานได้ที่อุณหภูมิสูงหรือต่ำมาก ๆ ได้ โดยปกติสามารถใช้งานได้ตั้งแต่ อุณหภูมิ –70oC ถึง 230oC โดยไม่ฉีกขาด กรอบ แห้ง หรือแตก สามารถรับแรงดันได้ประมาณ 20 บาร์ ถึง 40 บาร์ ดังนั้นจึงไม่เหมาะสมสำหรับสภาวะการใช้งานที่ต้องใช้กับแรงดันสูงกว่านี้ เนื่องจากยางชนิดนี้มีราคาสูงมาก ดังนั้นการใช้งานจึงจำกัดอยู่ในผลิตภัณฑ์ที่ไม่สามารถใช้ยางชนิดอื่น ๆ ได้

.

รูปที่ 5 ซิลิโคนที่ใช้อุดรอยรั่ว (Silence Silicone)  

.

รูปที่ 6 ซีลและแพ็กกิ้งที่ทำจากซิลิโคน

.
1.4 EPDM (Ethylene-propylene Diene Rubber) 

เป็นวัสดุที่มีความทนทานต่อสภาวะอากาศ แสงแดด ความร้อน ความเย็น ต้านทานการเกิดออกซิเดชั่นและมีความทนทานอย่างดีเยี่ยมต่อสภาวะที่เป็นกรดหรือด่าง นอกจากนี้ยังมีความเหนียวและสามารถทดแรงกระแทกได้ดี สามารถทนอุณหภูมิการทำงานได้ต่ำสุดและสูงสุดที่ประมาณ –40oC ถึง 140oC สีที่พบเห็นส่วนมากจะมีสองสีคือสีขาวและสีดำ            

.

นอกจากแพ็กกิ้งและซีลแล้ว ยาง EPDM ยังถูกนำไปทำชิ้นส่วนอื่น ๆ ที่เราพบในชีวิตประจำวันเป็นจำนวนมาก เช่น ยางขอบกระจก ยางปัดน้ำฝน ท่อยางของหม้อน้ำรถยนต์ เป็นต้น นอกจากนี้ยังใช้เป็นฉนวนหุ้มสายเคเบิล สายพานลำเลียง แผ่นยางกันน้ำ แผ่นยางมุงหลังคา

.
1.5 โพลียูรีเทน (Polyurethane: PU) 

เป็นวัสดุนำมาใช้แพร่หลายในงานหลายอย่าง เนื่องจากมีคุณสมบัติที่โดดเด่นหลายอย่างเช่น มีความทนทาน มีความยืดหยุ่นสูงและมีความต้านทานการล้าตัวดี จึงมีความทนทานต่อการแตกร้าวได้ดี นอกจากนี้ยังมีความทนทานต่อการกัดกร่อน ในงานซีลและแพ็กกิ้ง ยูรีเทนจะมีความต้านทานการกัดกร่อนและต้านทานแรงดึงสูง

.

โพลียูรีเทนสามารถใช้งานได้ในช่วงอุณหภูมิตั้งแต่ -40oC ถึง ประมาณ 100oC ความแข็งอยู่ในระดับ ตั้งแต่ 40–90 Shore A เหมาะสำหรับที่จะนำมาใช้งานเป็นซีลไฮดรอลิกที่มีความกดสูงหรือมีน้ำหนักการกระแทกที่รุนแรง มีการกัดกร่อนสูง เนื่องจากโพลียูรีเทนจะมีความทนทานต่อสภาพที่กล่าวมาก

.
1.6 นีโอพรีน (Neoprene) 

เป็นยางสังเคราะห์กลุ่มแรก ๆ ที่ถูกสังเคราะห์ขึ้นมาเพื่อให้มีคุณสมบัติทนต่อน้ำมัน นีโอพรีนมีความทนต่อน้ำมันในระดับปานกลาง ทนต่อออกซิเจน และโอโซนได้เป็นอย่างดี แรงกดอัดต่ำและมีความยืดหยุ่นตัวได้ดี จึงถูกนำมาใช้เป็นแพ็กกิ้งอย่างแพร่หลาย

.

และจากการที่นีโอพรีนมีความต้านทานต่อฟรีออนซึ่งเป็นสารทำความเย็น จึงถูกนำมาเป็นซีลและโอริงที่ใช้ในระบบทำความเย็น เช่น ตู้เย็น ตู้แช่ต่าง ๆ อุณหภูมิใช้งานของ นีโอพรีนจะอยู่ที่ตั้งแต่ - 40oC ถึง ประมาณ 120oC ค่าความแข็งอยู่ที่ประมาณ 60–90 Shore A

.

ตารางที่ 1 แสดงคุณสมบัติของวัสดุชนิดต่างๆที่ใช้ทำแพ็กกิ้งและซีล

.
ความเสียหายของแพ็กกิ้งและซีลกับความผิดปกติของระบบไฮดรอลิก

ในการเสียหายแต่ละครั้งที่เกิดขึ้นกับซีลของระบบไฮดรอลิก เราสามารถที่จะตรวจย้อนกลับไปถึงสาเหตุของความเสียหายตลอดจนความผิดปกติที่เกิดขึ้นในระบบไฮดรอลิกได้ ซึ่งจะทำให้เราสามารถเข้าใจต้นตอของปัญหาที่เกิดขึ้นและสามารถแก้ไขปัญหาได้อย่างถูกจุด

.
2 .สาเหตุหลัก 4 ประการที่เป็นเหตุให้แพ็กกิ้งและซีลเกิดความเสียหาย

การเกิดความเสียหายกับแพ็กกิ้งและซีลนั้น เมื่อเราพิจารณาถึงสาเหตุที่เกิดขึ้นนั้น เราจะพบว่ามีสาเหตุหลัก ๆ อยู่ 4 ประการซึ่งมีรายละเอียดดังต่อไปนี้คือ

.

2.1 การติดตั้งที่ไม่ถูกต้อง (Improper Installation) 
เป็นสาเหตุหลักที่ทำให้ซีลเกิดความเสียหาย โดยสิ่งสำคัญที่จะต้องคำนึงถึงและพิจารณาในระหว่างการติดตั้งซีลและแพ็กกิ้งคือ
(A) ความสะอาดของระบบ
(B) ป้องกันซีลไม่ให้เกิดรอยแหว่งหรือรอยขีดข่วน
(C) การให้การหล่อลื่นที่ถูกต้อง
(D) วิธีการติดตั้งที่ถูกต้อง

.

ส่วนรายละเอียดในการติดตั้งอื่น ๆ ก็มีการขันแน่นเพื่อให้ซีลยึดติดกับร่องซีลเพื่อปรับระยะให้เหมาะสม นอกจากนั้นในการติดตั้งจะต้องใช้ความชำนาญและความเอาใจใส่เพื่อให้เกิดความเสียหายกับซีลน้อยที่สุดในระหว่างการติดตั้ง

.

รูปทึ่ 7 ตัวอย่างการติดตั้งซีลที่ถูกต้องและไม่ถูกต้อง

.
2.2 สิ่งปนเปื้อนในระบบ (System Contamination) 

เป็นอีกปัจจัยหลักที่ทำให้แพ็กกิ้งและซีลในระบบไฮดรอลิกเกิดความเสียหาย โดยปกติแล้วจะเกิดจากวัสดุที่ปะปนอยู่ในน้ำมันหรือในระบบเช่น ฝุ่น โคลน กรวด ทราย และสิ่งสกปรกอื่นๆที่ปะปนอยู่ในน้ำมันและไหลวนอยู่ในระบบ สิ่งปนเปื้อนในระบบเหล่านี้อาจปะปนเข้ามาจากนอกระบบ เช่นในระหว่างการเติมน้ำมัน การเปลี่ยนชิ้นส่วนหรืออุปกรณ์ต่าง ๆ หรืออาจติดเข้ามาจากก้านสูบ

.

ส่วนสิ่งเจือปนที่เกิดขึ้นในระบบอาจเกิดขึ้นจากปฏิกิริยาระหว่างน้ำมันกับอากาศ น้ำมันที่เสื่อมสภาพ ชิ้นส่วนต่าง ๆ ในระบบที่เกิดความเสียหาย แตกหัก เช่นชิ้นส่วนของปั้ม ท่อทาง ซีลและอื่น ๆ

.
2.3 ความเสียหายจากปฏิกิริยาเคมี (Chemical Breakdown) 

มีสาเหตุหลัก ๆ มาจากการเลือกวัสดุใช้ทำแพ็กกิ้งและซีลที่ไม่ถูกต้องกับสภาวะการใช้งานหรือเกิดขึ้นเนื่องจากน้ำมันหรือน้ำมันไฮดรอลิกมีการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติเกิดขึ้นโดยทำให้เกิดปฏิกิริยาทางเคมีของน้ำมันไฮดรอลิกกับวัสดุที่เป็นแพ็กกิ้งและซีล โดยที่เราสามารถสังเกตได้จากสีของแพ็กกิ้งและซีลที่ใช้งานจะเปลี่ยนแปลงไปจากเดิม และการหลุดร่อนและเปื่อยยุ่ยออกของเนื้อของแพ็กกิ้งและซีล ดังรูปที่ 9

.

รูปที่ 8 ตัวอย่างความเสียหายของซีลจากปฏิกิริยาเคมี

.
2.4 การเสื่อมสภาพเนื่องจากความร้อน (Heat Degradation) 

สามารถตรวจสอบได้หลังจากที่วัสดุแพ็กกิ้งและซีล เกิดการเสื่อมสภาพแล้ว โดยวัสดุจะมีลักษณะการเสื่อมสภาพแบบต่าง ๆ เช่น แข็ง เปราะ หรือเนื้อของแพ็กกิ้งซีลหายไป ที่ผิวนอกหรือเกิดขึ้นเฉพาะในจุดหรือบริเวณที่เกิดความเสียหาย เช่น ขอบ หรือผิวสัมผัสของแพ็กกิ้งและซีล ซึ่งการเสื่อมสภาพดังกล่าวจะทำให้แพ็กกิ้งและซีลไม่สามารถทำงานได้อย่างเต็มประสิทธิภาพ ส่งผลให้เกิดการรั่วซึมขึ้นในระบบ 

.

สาเหตุที่เกิดขึ้น ส่วนหนึ่งอาจมาจากการใช้วัสดุที่ไม่ถูกกับคุณสมบัติของน้ำมันไฮดรอลิก หรือแรงดันน้ำมันไฮดรอลิกในระบบ แรงเสียดทานมากเกินไป ภาระ (Load) ที่ซีลรับสูงเกินไป แพ็กกิ้งและซีลอยู่ใกล้กับแหล่งความร้อนมากเกินไป แนวทางในการแก้ปัญหาสำหรับกรณีนี้ก็คือเพิ่มการหล่อลื่นให้กับซีล โดยเฉพาะอย่างยิ่งในระบบลม (Pneumatic) เปลี่ยนวัสดุแพ็กกิ้งและซีลให้เหมาะสมกับชนิดของน้ำมันไฮดรอลิก

.

3. ลักษณะของความเสียหายทางกายภาพที่เกิดขึ้นกับแพ็กกิ้งและซีล
ความเสียหายที่เกิดขึ้นกับแพ็กกิ้งและซีลนั้นมีหลายลักษณะและรูปแบบ ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับหลายองค์ประกอบ เช่น
* สภาวะแวดล้อมในการทำงานเช่น ความร้อน ความสะอาดของน้ำมัน 
* จำนวนภาระ (Load) ที่วัสดุจะต้องรับ เช่นแรงดัน หรือภาระด้านข้างอัดเนื่องมาจากความไม่ตรง (Miss-alignment)
* ชนิดของวัสดุที่นำมาทำแพ็กกิ้งและซีล

.

ดังนั้นการตรวจสอบและวิเคราะห์ความเสียหายที่เกิดขึ้นกับชุดแพ็กกิ้งและซีลอย่างถูกต้องจะทำให้เราสามารถแก้ปัญหาและลดความสูญเสียได้ ซึ่งรายละเอียดที่นำเสนอต่อไปจะเป็นตัวอย่างในการวิเคราะห์ความเสียหายที่เกิดขึ้น  สาเหตุและการแก้ไขปัญหาที่เกิดขึ้นกับซีลและแพ็กกิ้ง

.

ในการวิเคราะห์ความเสียหายที่เกิดขึ้นผู้เขียนจะขอแบ่งชนิดของแพ็กกิ้งและออกเป็น 3 ประเภทเพื่อความง่ายต่อการพิจารณาและทำความเข้าใจดังนี้คือ
* วัสดุที่เป็นยาง NBR เนื่องจากวัสดุยาง NBR นิยมใช้กันอย่างแพร่หลาย
* วัสดุที่เป็นยางสังเคราะห์ตัวอื่น เนื่องจากมีคุณสมบัติต่างกันออกไป ดังนั้นรูปแบบของความเสียหายที่เกิดขึ้นจึงอาจต่างกับวัสดุที่เป็นยาง NBR
* ความเสียหายของส่วนที่เป็นส่วนประกอบของซีลและแพ็กกิ้ง เช่นแหวนกันสึก และอื่น ๆ

.
3.1 การเสื่อมสภาพ (Deterioration)

การเสื่อมสภาพคือการที่สภาพของแพ็กกิ้งและซีล เสื่อม เสียรูปทรงจากรูปทรงเดิม เช่น เกิดรอยแตก บิด งอ ยืด หรือหดตัวจนไม่สามารถใช้งานได้ดีเหมือนเดิม การเสื่อมสภาพจะมากหรือน้อยก็ขึ้นอยู่กับปัจจัยต่าง ๆ และสภาพการใช้งาน

.
3.1.1 ลักษณะการเสื่อมสภาพจากซีลหรือแพ็กกิ้งที่ทำมาจากยาง NBR

ตารางที่ 2 แสดงลักษณะการแตกจากการเสื่อมสภาพของซีล NBR เนื่องจากอุณหภูมิน้ำมันไฮดรอลิกสูงเกินไป

.

ตารางที่ 3 แสดงลักษณะการแข็งตัวจากการเสื่อมสภาพของซีล NBR เนื่องจากน้ำมันไฮดรอลิกที่มีคุณสมบัติไม่เหมาะกับวัสดุซีล

.

ตารางที่ 4 แสดงลักษณะการแตกจากการเสื่อมสภาพของซีล NBR เนื่องจากการจัดเก็บที่ไม่ถูกต้อง

.
3.1.2 การเสื่อมสภาพที่เกิดกับแพ็กกิ้งและซีลที่ทำมาจากวัสดุยางสังเคราะห์อื่น ๆ (Synthetic Rubber Packing)

ตารางที่ 5 แสดงลักษณะการแข็งตัวและแตกจากการเสื่อมสภาพของซีลที่เป็นยางสังเคราะห์อื่นซึ่งมีความแข็งเนื่องจากอุณหภูมิน้ำมันไฮดรอลิกสูงเกินไป

.

ตารางที่ 6 แสดงลักษณะการแข็งตัวและแตกจากการเสื่อมสภาพของซีลที่เป็นยางสังเคราะห์อื่นซึ่งมีความแข็งเนื่องจากอุณหภูมิน้ำมันไฮดรอลิกสูงเกินไป

.

ตารางที่ 7 แสดงลักษณะการเปื่อยยุ่ยของซีลที่เป็นยางสังเคราะห์อื่นซึ่งมีความแข็งเนื่องจากการใช้วัสดุซีลที่ไม่เหมาะกับชนิดของน้ำมันไฮดรอลิก

.
3.1.3 การเสื่อมสภาพที่เกิดขึ้นกับอุปกรณ์ที่ใช้ร่วมกับซีล (Combination’s Seal)

ตารางที่ 8 แสดงลักษณะการแตกร้าวที่เกิดขึ้นบนแหวนรอง (Backing Ring) อันเนื่องมาจากใช้งานที่อุณหภูมิสูงเกินไป

.

สรุปสาเหตุของการเสื่อมสภาพของวัสดุซีลและแพ็กกิ้งคือ
* แรงดันของระบบสูงเกินไป ซึ่งจะส่งผลให้ซีลต้องทำงานภายใต้สภาวะความเค้นที่สูงและเกิดการล้าตัวในที่สุด
* อุณหภูมิทำงานสูงเกินไปทำให้เนื้อวัสดุเกิดการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติหรือคุณสมบัติทางกายภาพเสื่อมถอย

.

* น้ำมันไฮดรอลิกเสื่อมคุณภาพหรือมีคุณสมบัติไม่เหมาะกับวัสดุแพ็กกิ้งและซีลซึ่งจะทำให้ค่าความเป็นกรดเป็นด่างเปลี่ยนไปจากเดิมทำให้เกิดการทำปฏิกิริยากับวัสดุแพ็กกิ้งและซีล เป็นสาเหตุให้เกิดการแข็งตัวและเสื่อมสภาพในที่สุด

.

* การจัดเก็บแพ็กกิ้งและซีลไม่ถูกต้อง เช่น อยู่ในสภาวะอุณหภูมิและความชื้นที่สูงเกินไป การหีบห่อไม่ดีส่งผลให้ผิวของแพ็กกิ้งและซีลทำปฏิกิริยากับออกซิเจนในอากาศและเกิดการเสื่อมสภาพก่อนที่จะนำมาติดตั้ง

.
3.2 การสึกหรอ (Wear)

การสึกหรอคือการที่เกิดการสึกกร่อนของผิวหรือส่วนที่สัมผัสกับชิ้นส่วนที่เคลื่อนที่ของแพ็กกิ้งและซีล ทำให้ขนาดและรูปทรงของจุดดังกล่าวเปลี่ยนไปจากเดิมซึ่งจะทำให้ประสิทธิภาพการทำงานโดยรวมลดลง เช่นอาจทำให้เกิดการรั่วซึมขึ้นในระบบซึ่งจะมีลักษณะดังต่อไปนี้คือ

.
3.2.1 ลักษณะการสึกหรอ (Wearing) ของซีลหรือแพ็กกิ้งที่ทำมาจากยาง NBR

ตารางที่ 9 แสดงลักษณะการสึกหรอที่เกิดขึ้นบนผิวหน้าของแพ็กกิ้งเนื่องจากฟิล์มน้ำมันหล่อลื่นไม่เพียงพอ

.

ตารางที่ 10 แสดงลักษณะการสึกหรอที่เกิดขึ้นบนแพ็กกิ้งเนื่องจากการเยื้องศูนย์ในการติดตั้ง

.
3.2.2 ลักษณะการสึกหรอ (Wearing) ของซีลหรือแพ็กกิ้งที่ทำมาจากวัสดุยางสังเคราะห์อื่น ๆ (Synthetic Rubber Packing)

ตารางที่ 11 แสดงลักษณะการสึกหรอที่เกิดขึ้นบนแพ็กกิ้งที่เกิดจากการหล่อลื่นไม่ดี

.
ตารางที่ 12 แสดงลักษณะการสึกหรอที่เกิดขึ้นบนแพ็กกิ้งที่เกิดขึ้นเนื่องจากการสึกหรอของแหวนกันสึก (Wear Ring)

.
ตารางที่ 13 แสดงลักษณะการสึกหรอที่เกิดขึ้นบนแพ็กกิ้งที่เกิดขึ้นเนื่องจากการหล่อลื่นไม่เพียงพอ

.
3.2.3 การสึกหรอที่เกิดขึ้นกับอุปกรณ์ที่ใช้ร่วมกับซีล (Combination’s Seal)
ตารางที่ 14 แสดงลักษณะการสึกหรอที่เกิดขึ้นแหวนกันสึกที่เกิดขึ้นเนื่องจากการไม่ได้ศูนย์ในการติดตั้ง

.
3.2.4 สรุปสาเหตุของการสึกหรอ (Wearing) ของวัสดุแพ็กกิ้งและซีล

* ฟิล์มน้ำมันหล่อลื่นไม่เพียงพอ (Lubricant oil film not enough) ทำให้เกิดความเสียดทานระหว่างผนังกระบอกกับขอบแพ็กกิ้งหรือซีล การที่ฟิล์มน้ำมันหล่อลื่นไม่เพียงพออาจเป็นเพราะ น้ำมันไฮดรอลิกที่ใช้มีความหนืดเกินไป หรือถ้าเป็นในระบบลม (Pneumatic) ก็อาจเกิดจากการที่ระบบจ่ายน้ำมันของชุด Service Unit ไม่เพียงพอหรือไม่มี  

.

* แพ็กกิ้งและซีลมีความอ่อนเกินไป (Soft Material) การที่เอาซีลที่ทำจากวัสดุที่มีความอ่อนซึ่งเสียรูปได้ง่ายไปใช้กับกระบอกสูบที่ต้องรับแรงดันสูง ๆ นั้นจะทำให้แรงดันกดซีลให้ไปติดกับผนังกระบอกสูบ ในเวลาเดียวกันขอบซีลที่มีความอ่อนจะอ่อนตัวและติดกับผนังกระบอกด้วยแรงมหาศาลจะทำให้เกิดแรงเสียดทานระหว่างผนังกระบอกและผิวซีลมาก เป็นเหตุให้ซีลเกิดการสึกหรอสูงหรือบางทีอาจทำให้เกิดรอยไหม้ที่ผิวซีลได้

.

* ความเร็วหรือแรงดันของลูกสูบสูงเกินไป (High Pressure or Speed of Piston) ผลที่เกิดก็คือจะทำให้การหล่อลื่นไม่เพียงพอ ทำให้ซีลเกิดความร้อนและการสึกหรอ
* การไม่ได้ศูนย์ของก้านสูบ (Miss Alignment) ส่งผลให้ซีลด้านที่เบียดกับกระบอกเกิดการสึกหรอมากกว่าปกติ

.

จะเห็นว่าแนวทางหนึ่งที่ถูกนำมาใช้แก้ปัญหามากที่สุดสำหรับปัญหาเรื่องการสึกหรอคือการเปลี่ยนไปใช้ซีลและแพ็กกิ้งที่มีความสามารถในการทนแรงดันที่สูงกว่า หรือซีลที่แข็งกว่านั่นเองเนื่องจากซีลที่มีความแข็งส่วนมากจะขยายตัวได้น้อยและเป็นวัสดุที่มีความทนทานมากกว่าดังนั้นการสึกหรอที่เกิดขึ้นจะน้อยกว่าวัสดุธรรมดานั่นเอง

.
3.3 การอ่อนตัว (Softening)

เกิดขึ้นเนื่องจากการทำปฏิกิริยาทางเคมีระหว่างน้ำมันไฮดรอลิกกับวัสดุยางที่ใช้ทำแพ็กกิ้งและซีล เนื่องจากวัสดุดังกล่าวไม่เหมาะสมกับน้ำมันไฮดรอลิก ซึ่งน้ำมันไฮดรอลิกจะทำตัวเป็นตัวทำละลายเนื้อยางดังกล่าวและเกิดการอ่อนตัวได้

.
ซึ่งการแก้ไขสามารถทำได้สองแนวทางคือ 
1. เปลี่ยนชนิดของวัสดุยางที่ใช้ทำแพ็กกิ้งและซีลให้เป็นชนิดที่ใช้ได้กับน้ำมันไฮดรอลิกชนิดที่ใช้งานอยู่
2. เปลี่ยนชนิดของน้ำมันไฮดรอลิกให้ใช้ได้กับชนิดของยางที่ใช้ทำแพ็กกิ้งและซีลที่ใช้อยู่
.
3.3.1 ลักษณะการอ่อนตัวของซีลหรือแพ็กกิ้งที่ทำมาจากยาง NBR
ตารางที่ 15 แสดงลักษณะการอ่อนตัว (Softening) ที่เกิดขึ้นบนซีลเนื่องจากปฏิกิริยาทางเคมีระหว่างซีลกับน้ำมันไฮดรอลิกที่ไม่เหมาะสมกัน

.
3.4 การชำรุดเสียหาย (Injure)

การชำรุด (Injure) คือลักษณะของความเสียหายที่เกิดขึ้นในรูปแบบของการเกิดแผล การฉีกขาด หรือรอยครูดต่าง ๆ เกิดจนทำให้ซีลและแพ็กกิ้งเหล่านั้นไม่สามารถใช้งานได้เหมือนเดิม ทำให้ประสิทธิภาพในการทำงานลดลง ความเสียหายที่เกิดขึ้นกับซีลส่วนใหญ่จะเกิดขึ้นเนื่องจาก การติดตั้งไม่ถูกต้อง การขีดข่วนเนื่องจากชิ้นส่วนที่ชำรุด หรือสิ่งเจือปนจากภายนอกระบบ

.
3.4.1 ลักษณะการการชำรุดเสียหาย (Injure) ของซีลหรือแพ็กกิ้งที่ทำมาจากยาง NBR

ตารางที่ 16 แสดงลักษณะการชำรุดเสียหายของซีลจากการขีดข่วนจากเหล็กหรือเศษวัสดุเนื่องจากขาดความเอาใจใส่ในการติดตั้ง

.
ตารางที่ 17 แสดงลักษณะการชำรุดเสียหายของซีลจากขีดข่วนเนื่องจากผนังกระบอกสูบเป็นรอย

.
ตารางที่ 18 แสดงลักษณะการชำรุดเสียหายจากการฉีกขาดบริเวณปากซีก

.
3.4.2 สรุปการเสียหายจากการชำรุดเสียหายของซีล

การป้องกันความเสียหายเนื่องจากการชำรุดเสียหายของแพ็กกิ้งและซีลทำได้โดยการเอาใจใส่ในการติดตั้ง ระมัดระวังไม่ให้แพ็กกิ้งและซีลเสียรูปทรงเนื่องจากการติดตั้ง นอกจากนั้นยังต้องหมั่นดูแลความสะอาดและสิ่งเจือปนในน้ำมันไฮดรอลิก เนื่องจากเมื่อน้ำมันมีความสกปรกเนื่องจากมีสิ่งแปลกปลอมเจือปน อนุภาคสิ่งแปลกปลอมที่ใหญ่ ๆ เหล่านี้จะทำให้เกิดความเสียหายได้เมื่อไปสัมผัสกับซีลและแพ็กกิ้ง

.
สรุป

จากรายละเอียดข้างต้นที่นำเสนอมา ตั้งแต่ในเรื่องของความสำคัญของซีลและซีลในระบบไฮดรอลิกที่คิดว่าผู้อ่านคงจะเข้าใจกันดีอยู่แล้ว  เรื่องต่อมาที่มีความสำคัญอีกเรื่องหนึ่งก็คือวัสดุต่าง ๆ ที่นำมาทำเป็นแพ็กกิ้งและซีล เพราะการใช้งานแพ็กกิ้งและซีลนั้นเราใช้งานในหลายสภาวะดังนั้นจึงต้องรู้ว่าในสภาวะไหนควรจะใช้ซีลและแพ็กกิ้งที่มีคุณสมบัติอย่างไร  เช่นการใช้งานที่อุณหภูมิสูง แรงดันสูง สภาวะสุญญากาศและอื่น ๆ เพราะในแต่ละสภาวะย่อมต้องการคุณสมบัติของแพ็กกิ้งและซีลที่ต่างกัน

.

อีกเรื่องหนึ่งที่สำคัญคือการวิเคราะห์ความเสียหายที่เกิดกับแพ็กกิ้งและซีล  เรื่องนี้จะทำให้เรารู้ถึงหลักในการวิเคราะห์ความเสียหายที่เกิดขึ้นกับแพ็กกิ้งและซีลเพื่อที่จะนำไปสู่การเข้าใจสาเหตุที่ทำให้แพ็กกิ้งและซีลเกิดความเสียหายและสามารถแก้ไขและหาทางป้องกันได้ถูกต้อง ตลอดจนลักษณะของความเสียหายทางกายภาพที่เกิดขึ้นกับแพ็กกิ้งและซีล  เพื่อที่จะให้ผู้อ่านมีความเข้าใจและมองภาพออกมากขึ้น

.

สำหรับในตอนต่อไปผู้เขียนจะนำเสนอต่อในเรื่องลักษณะของความเสียหายทางกายภาพที่เกิดขึ้นกับแพ็กกิ้งและซีลที่ค้างไว้ต่อ ส่วนในตอนสุดท้ายจะเป็นเรื่องการวิเคราะห์ความเสียหายที่เกิดขึ้นกับโอริง (O–Ring Failure Analysis) ซึ่งผู้อ่านสามารถติดตามต่อได้ในฉบับหน้า

.
เอกสารอ้างอิง
[1] NOK Catalog Version 2006(Japanese Version), PACKING HYDRAULIC SEALING SYSTEMS.
ขอขอบคุณ Mr. RYUJI YASUDA, YOKOHAMA RUBER Co.Ltd. ที่ช่วยแปลและอธิบายเนื้อหาบางส่วนจากภาษาญี่ปุ่น

สงวนลิขสิทธิ์ ตามพระราชบัญญัติลิขสิทธิ์ พ.ศ. 2539 www.thailandindustry.com
Copyright (C) 2009 www.thailandindustry.com All rights reserved.

ขอสงวนสิทธิ์ ข้อมูล เนื้อหา บทความ และรูปภาพ (ในส่วนที่ทำขึ้นเอง) ทั้งหมดที่ปรากฎอยู่ในเว็บไซต์ www.thailandindustry.com ห้ามมิให้บุคคลใด คัดลอก หรือ ทำสำเนา หรือ ดัดแปลง ข้อความหรือบทความใดๆ ของเว็บไซต์ หากผู้ใดละเมิด ไม่ว่าการลอกเลียน หรือนำส่วนหนึ่งส่วนใดของบทความนี้ไปใช้ ดัดแปลง โดยไม่ได้รับอนุญาตเป็นลายลักษณ์อักษร จะถูกดำเนินคดี ตามที่กฏหมายบัญญัติไว้สูงสุด